发电厂电气设备选择及其校验.docx

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发电厂电气设备选择及其校验

发电厂电气设备（论文）

题目

变电所设备的选择校验

学院

机械交通学院

专业

电气工程及其自动化

班级

电气104班

姓名

程旭

学号

103736405

指导教师

艾海提

职称

副教授

2013年5月20日

新疆农业大学教务处制

参考文献……………………………………………………………………10

变电所电气设备的选择校验

程旭

摘要:

本文归纳了变电所的主要设备，变电所电气设备主要分为一次设备和二次设备（此次论文主要涉及的是一次设备）,本文介绍了这些设备的基本原理和基本作用。

介绍了电气设备的选用原则。

分析了电流互感器的误差，影响误差的因素，减小误差的措施，重点描述了电流互感器的校验。

关键词:

变电所。

电气设备。

选用原则。

设备校验

前言：

输变电系统是一系列电气设备组成的，主要有导线、变压器、开关设备、高压绝缘子等。

发电站发出的强大电能只有通过输变电系统才能输送到电力用户。

除了变压器、导线、绝缘子、互感器、避雷器、隔离开关和断路器等电气设备外，还有电容器、套管、阻波器、电缆、电抗器和继电保护装置等，这些都是输变电系统中必不可缺的设备。

电气设备在选用和运行时也要注意设备的选择，根据选用原则选择合适的电气设备，并且注意校验。

1变电所主要电气设备

1.1输变电系统的基本电气设备

1.1.1导线

导线的主要功能就是引导电能实现定向传输。

导线按其结构可以分为两大类：

一类是结构比较简单不外包绝缘的称为电线；另一类是外包特殊绝缘层和铠甲的称为电缆。

1.1.2变压器

变压器是利用电磁感应原理对变压器两侧交流电压进行变换的电气设备。

为了大幅度地降低电能远距离传输时在输电线路上的电能损耗，发电机发出的电能需要升高电压后再进行远距离传输，而在输电线路的负荷端，输电线路上的高电压只有降低等级后才能便于电力用户使用。

除了升压变压器和降压变压器外，还有联络变压器、隔离变压器和调压变压器等。

1.1.3开关设备

开关设备的主要作用是连接或隔离两个电气系统。

高压开关是一种电气机械，其功能就是完成电路的接通和切断，达到电路的转换、控制和保护的目的。

最简单的是隔离开关，它只能在线路中基本没有电流时，接通或切断电路。

断路器也是一种开关，它是开关中较为复杂的一种，它既能在正常情况下接通或切断电路，又能在事故下切断和接通电路。

除了隔离开关和断路器以外，还有在电流小于或接近正常时切断或接通电路的负荷开关。

1.1.4绝缘子

绝缘子通常分为可击穿型和不可击穿型。

按结构可分为柱式（支柱）绝缘子、悬式绝缘子、防污型绝缘子和套管绝缘子。

按应用场合又分为线路绝缘子和电站、电器绝缘子。

其中用于线路的可击穿型绝缘子有针式、蝶形、盘形悬式，不可击穿型有横担和棒形悬式。

用于电站、电器的可击穿型绝缘子有针式支柱、空心支柱和套管，不可击穿型有棒形支柱和容器瓷套。

架空线路中所用绝缘子，常用的有针式绝缘子、蝶式绝缘子、悬式绝缘子、瓷横担、棒式绝缘子和拉紧绝缘子等。

现在常用的绝缘子有：

陶瓷绝缘子，玻璃钢绝缘子，合成绝缘子，半导体绝缘子。

为了防止浮尘等污秽在绝缘子表面附着,形成通路被绝缘子两端电压击穿,即爬电.故增大表面距离,即爬距,沿绝缘表面放电的距离即泄漏距离叫爬距.爬距=表面距离/系统最高电压.根据污秽程度不同,重污秽地区一般采用爬距为31毫M/每千伏。

1.2输变电的保护设备

1.2.1互感器

互感器的主要功能是将变电站高电压导线对地电压或流过高电压导线的电流按照一定的比例转换为低电压和小电流，从而实现对变电站高电压导线对地电压和流过高电压导线的电流的有效测量。

互感器分为电流互感器和电压互感器，分别用于电流和电压变换。

由于它们的变换原理和变压器相似，因此也称为测量变压器。

1.2.2继电保护装置

继电保护装置是电力系统重要的安全保护系统。

它根据互感器以及其他一些测量设备反映的情况，决定需要将电力系统的哪些部分切除和哪些部分投入.

1.2.3避雷器

避雷器主要用于保护变电站电气设备免遭雷击损害。

变电站主要采用避雷针及避雷器两种防雷措施。

避雷器主要安装在变电站输电线路的进出端，当来自输电线路的雷电波的电压超过一定幅值时，它就首先动作，把部分雷电流经避雷器及接地网泄放到大地中，从而起到保护电气设备的作用。

1.3其他电力设备

1.3.1电力电容器

电力电容器的主要作用是为电力系统提供无功功率，达到节约电能的目的。

主要用来给电力系统提供无功功率的电容器，一般称为移相电容器；而安装在变电站输电线路上以补偿输电线路本身无功功率的电容器称为串联电容器。

1.3.2电力电抗器

电力电抗器与电力电容器的作用正好相反，它主要是吸收无功功率。

对于比较长的高压输电线路，由于输电线路对地电容比较大，输电线路本身具有很大的无功功率，而这种无功功率往往正是引起变电站电压升高的根源。

2各种电气设备的选择原则

2.1变压器

变压器容量的选择是一个全面、综合性的技术问题，没有一个简单的公式可以表示。

变压器容量的选择与负荷种类和特性、负荷率、需要率、功率因数、变压器有功损耗和无功损耗、电价（包括基本电价）、基建投资、（包括变压器价格及安装土建费用和供电贴费）、使用年限、变压器折旧、维护费以及将来的计划等因数有关。

2.1.1变压器容量的基本估算

变压器容量的基本估算主要有以下三种方面。

2.1.1.1利用计算负荷法估算

先求出变压器所要供电的总计算负荷，然后按下式估算。

变压器总容量=总计算负荷+考虑将来的增容裕量。

2.1.1.2利用最经济运行效果法估算

所选择的变压器，其最佳经济负荷和实际使用负荷相等或接近，即：

变压器容量约等于S/贝塔m,式中S--实际使用负荷，KVA。

贝塔m--所选择变压器最高效率时的负荷率。

按上式选择的变压器容量往往偏大，按最高效率相应的的负荷率贝塔m所选择的变压器在最高效率的工况下运行，不一定会使企业得到最好的经济效益。

这是由于没有综合考虑影响经济选择企业变压器的各种因数的缘故。

2.1.1.3按年电能损耗最小法选择变压器

该方法适用于不同的企业性质和生产班制及负荷曲线的场合，它是根据年电能损耗最小为原则来选择变压器容量的，因此，从节能角度看较合理。

计算结果表明，变压器容量应在使用负荷和最高经济负荷之间进行选择。

一班制企业，可按使用负荷选择变压器容量，也可略留裕量；二班间断和三班间断的企业，可分别按比例使用负荷高一级和二级左右的容量选择变压器；三班连续制企业，可按最经济负荷选择变压器。

然而该方法只考虑年电能损耗最小这一点，还未考虑其他因数，因此，还是不全面的。

按变压器年电能损耗最小和运行费用最低、并综合考虑变压器装设的投资来确定变压器安装容量，才是经济合理的。

2.2开关设备,重点介绍隔离开关

隔离开关选择方法可参照断路器，其内容包括：

1选择型式

2选择额定电压

3选择额定电流

4校核动稳定

⑤校验热稳定

2.3绝缘子

绝缘子应承受电压的作用,不发生绝缘击穿,不能造成损坏.应保证稳定可靠的工作,有较好的承受能力.

2.4互感器

为了测量高压交流电路中流过的大电流，通常借助电流互感器，利用互感器的变比关系将大电流变成小电流，使测量仪表不用直接接到被测的线路上，同时二次回路可以按需要接成任何方式的接线图，电流互感器是作为一个电流源而工作，其一次电流的大小实际上与二次负载无关，因为二次负载换算到一次侧后与系统阻抗相比可以忽略不计。

选择电流互感器时，首先要根据装设地点、用途等具体条件确定互感器的结构类型、准确等级、额定电流比；其次要根据互感器的额定容量和二次负荷计算二次回路链接导线的截面积；最后校验其动稳定和热稳定。

2.4.1电气设备的热稳定性校验

电气设备热稳定性校验是以电气设备的短路电流的数值作为依据的，在工程上常采用下式来做热稳定性校验，即

I2tt≥I2∞tj

式中It——制造成规定的在t秒内电气设备的热稳定电流，这个电流是在指定时间内不使电器各部分加热到超过所规定的最高允许温度的电流（kA）；

t――与It相对应的时间，通常规定为1s、4s、5s或10s；

I∞――电路中短路电流周期分量的稳态值（kA）；

T――时间（s），

2.4.2动稳定校验

断路器、负荷开关、隔离开关及电抗器的动稳定应满足下式的要求

Imax≥Ish

imax≥ish

式中Imax、imax――制造厂规定的电器允许通过的最大电流的有效值和幅值（kA）；

Ish、ish　――按三项短路电流计算所得的短路全电流的有效值和冲击电流值（kA）。

2.5避雷器

选择避雷器时应充分考虑地理环境、气象条件和电子设备电源接线方式等诸多不确定因素，避雷器应有较大的余量。

避雷器的可靠性和防雷能力.

3.电流互感器的选择与校验

为了测量高压交流电路中流过的大电流，通常借助电流互感器，利用互感器的变比关系将大电流变成小电流，使测量仪表不用直接接到被测的线路上，同时二次回路可以按需要接成任何方式的接线图，电流互感器是作为一个电流源而工作，其一次电流的大小实际上与二次负载无关，因为二次负载换算到一次侧后与系统阻抗相比可以忽略不计。

电流互感器及连接到二次侧的负载，如图:

Z1=R1+jX1-电流互感器一次绕组的电阻和漏抗（已换算到二次侧）。

Z2=R2+jX2-电流互感器二次绕组的电阻和漏抗。

3.1电流互感器的误差电流互感器主要由三部分组成：

铁心、一次线圈和二次线圈。

由于铁心磁阻的存在，电流互感器在传变电流的过程中，必须消耗一小部分电流用于激磁，使铁心磁化，从而在二次线圈产生感应电势和二次电流，电流互感器的误差就是由于铁心所消耗的励磁电流引起的。

由于激磁电流和铁损的存在，电流互感器一次电流和二次电流的差值是一个向量，误差包括比值差和相角差。

一次电流和二次电流在数值上的误差用相对误差方式以百分数表示时称为比差，根据国家标准规定比差定义:

式中:

I1-线路上流过的一次电流。

I2-电流互感器二次回路中的电流。

Ke-电流互感器额定电流比。

从比差定义的公式中可知比差有正负值。

比差为正时表示连接在互感器上的测量仪表的电流读数乘以变比Ke后大于线路上的实际电流。

比差为负时意义刚好相反。

同一电流互感器在不同电流和负载时比差可能为正也可能为负。

此外一次电流和二次电流之间还有相位角的差别，角差也有正负之分:

当反转后二次电流向量超前一次电流向量时，角差指定为正，反之，滞后于一次电流向量时为负。

作为测量用的电流互感器，比差和角差的大小直接影响测量结果的正确程度，因此，比差和角差是测量用电流互感器最主要的特性。

然而对于继电保护用电流互感器与对测量用电流互感器的要求是不相同的，测量用电流互感器只要求在正常运行时准确，而继电保护用电流电流互感器却要求在短路状态下准确，即要求互感器对稳态短路电流和暂态短路电流均能准确转换。

由于电流互感器铁心具有逐渐饱和的特性，在短路电流下，电流互感器的铁心趋于饱和，励磁电流急剧上升，励磁电流在一次电流中所占的比例大为增加，使比差逐渐移向负值并迅速增大。

由于继电器的动作电流一般比额定电流大好几倍，所以作为继电保护用的电流互感器应该保证在比额定电流大好几倍的短路电流下能够使继电器可靠动作。

因此，对继电保护用电流互感器的主要特性不是比差和角差而是饱和倍数。

3.2影响误差的因素

电流互感器的内部参数是影响电流互感器误差的主要因素。

①二次线圈内阻R2和漏抗X2对误差的影响:

②铁芯截面对误差的影响③线圈匝数对误差的影响:

④减少铁芯损耗和提高导磁率

3.3运行中的电流互感器的误差

当电流互感器已经定型，其内部参数就确定了，那么它的误差大小将受二次电流（或一次电流）、二次负载、功率因数以及频率的影响。

这些因素称为外部因素，在运行中的电流互感器的误差主要受这四个因素影响。

①电流频率的变动对误差的影响比较复杂，一般系统频率变化甚小，其影响可忽略不计。

②当一次电流减小时，磁通密度按比例相应减少，但在低磁通密度时，励磁安匝的减少比磁通密度减少要慢，因此比差和角差的绝对值就相对增大。

③电流互感器误差具有以下特征：

当一次电流在规定的范围内变化时，二次电流按比例变化，当二次负载阻抗在规定范围内变化时，不影响二次电流的大小。

所以当二次负载在额定范围内减少时，磁通密度也减少，由于二次电流不变，励磁电流减小，误差也将减小。

5二次负载的功率因数增大，角差将增大而比差将减少

3.4减小误差的措施①采用高导磁率的材料做铁芯，因为铁心磁性能不但影响比差和角差，也影响饱和倍数。

②增大铁心截面，缩短磁路长度；增加线圈匝数。

③限制二次负载的影响。

④适当增大电流互感器变比。

在现场运行中选用较大变比的互感器电流互感器的校验

3.5电流互感器的校验

测量用的电流互感器在选用时一般不进行误差校验，只在运行时进行误差测试。

设计选用时根据其准确等级和二次负载选择二次连接导线截面，而在运行时也只校验下限负荷（如10%额定电流）和上限负荷（如120%额定电流）下的比值差和相角差，比差和角差的实验方法很多。

对继电保护用电流互感器一般按10%误差曲线（或伏安特性曲线）进行误差校验或短路电流倍数和二次连接负载的校验。

当电力系统对电流互感器有暂态要求时，尚需进行暂态误差校验。

3.6误差曲线（饱和倍数）的校验比差的大小与二次负载的大小有关，二次负载增加，比差特性曲线就向负值移动，同一电流互感器当比差达到-10%时，二次负载大的，其电流比（I1/I1e）倍数小，二次负载小的，其电流比（I1/I1e）倍数大。

如果二次负载为额定值，这一倍数就是饱和倍数。

把不同二次负载与相应的饱和倍数绘成曲线，就是“10%误差曲线”。

根据继电保护的运行经验，在实际运行条件下，保护装置所用的电流互感器的电流误差不允许超过10%，而角度误差不超过7度。

在实验中为了使输出的电压接近正弦波一般使用单相调压器调节电流，并采用电动型或电磁型仪表，使10%误差曲线更为安全。

从根据电流互感器的等值电路可得:

当Z0、Z2、的阻抗角相同时，I1’、I0、I2同相,这时比差为极大值，当比差为-10%时，从比差公式

（1）可得:

由于Z2很小，其上压降可忽略不计，故U0≈U2，所以从伏安特性曲线可得U0和I0的关系U0≈U2=f（I0）。

按电流倍数定义:

根据式（7）、（9）以及伏安特性曲线U0≈f（I0）就可以绘出电流倍数K与（Z2+Zfh）的关系曲线，即为10%误差曲线。

假定额定变比Ke等于匝数比Kw，式（7）和式（9）可简化为:

测量伏安特性曲线还可以检查二次线圈有没有匝间短路。

由于同类型的电流互感器的伏安特性曲线是很相近的，有匝间短路时，在短路部分将产生环流，这就相当于给铁芯装上了短路匝，在外加电压相同的情况下，电流将增大很多，使伏安特性曲线显著下移，而与匝间无短路时的伏安特性有很大差别。

谢辞

这一学期又结束了，感觉时间过得很快。

我用了三天时间完成了这篇论文，首先要感谢艾海提老师对我的关心和指导，老师认真负责的学术精神以及系统精湛的专业知识都给我留下了深刻的印象，让我受益匪浅。

在写论文的同时，我查阅了很多资料，在学习的过程中感受了获得知识的快乐。

明白了听到和吸收是完全不同的，在整个过程中自己动手查阅，整理，将知识消化。

也十分感谢我的同学，给我提出了许多宝贵的建议，给我认真讲解了我不懂的地方。

在此过程中，我明白了知识的分享，我以后也会尽力帮助别人。

在接下来的一年学习中，我仍然会继续加油，在老师的帮助下丰富自己的知识面，不断进步。

参考文献：

[1]范锡普.发电厂电气部分.第二版.北京：

水利水电出版社，1985

[2]范锡普主编《发电厂电气部分》

[3]水利电力部西北电力设计院《电力工程电气设计手手册》

[4]水利电力部西北电力设计院编，《电力工程电气设计手册·电气一

次部分》，水利电力出版社出版

[5]宗士杰《发电厂电气设备及运行》中国电力出版社

[6]焦留成主编，《供配电设计手册》中国计划出版社